特開 2024-37377 エンジンのシリンダーヘッド及びディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024037377

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】エンジンのシリンダーヘッド及びディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置

(51)【国際特許分類】

   F01M 13/00 20060101AFI20240312BHJP

   F01M 13/04 20060101ALI20240312BHJP

   F01N 3/02 20060101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

F01M13/00 K

F01M13/00 E

F01M13/04 Z

F01N3/02 201

F01M13/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142190

(22)【出願日】2022-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000000125

【氏名又は名称】井関農機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092794

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 正道

(72)【発明者】

【氏名】竹▲崎▼ 直人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 礼

(72)【発明者】

【氏名】大久保 真司

(72)【発明者】

【氏名】足立 憲司

(72)【発明者】

【氏名】福山 尚尋

(72)【発明者】

【氏名】金野 晃大

(72)【発明者】

【氏名】森本 宏

(72)【発明者】

【氏名】上田 晋

(72)【発明者】

【氏名】坪田 健一

【テーマコード（参考）】

3G015

3G190

【Ｆターム（参考）】

3G015BD02

3G015BD12

3G015BD23

3G015BE03

3G015BE12

3G015DA04

3G015EA03

3G015EA26

3G015FC04

3G015FE01

3G190AA06

3G190AA12

3G190BA14

3G190CA01

3G190CB18

3G190CB23

3G190DB02

3G190DB05

3G190DB12

3G190DB74

3G190DB75

3G190DB76

3G190EA09

3G190EA12

3G190EA23

3G190EA32

(57)【要約】

【課題】本発明は、寒冷時におけるエンジンのブローバイガス循環不良を解消すること及びディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置の取付を安全にすることを課題とする。
【解決手段】シリンダーヘッド１のブローバイガス入口２からブリーザ３に通じるブリーザ入路４を通り、ブリーザ３からブリーザ出路５を通ってエンジン２５への吸気通路２１に排気するエンジンのシリンダーヘッドにおいて、ブローバイガス入口２の圧上昇で開く安全弁７と笛８を設け、ブリーザ入路４側に詰りが生じブローバイガス入口２の内圧が上昇すると前記安全弁７が開き笛８を鳴らして警報することを特徴とするエンジンのシリンダーヘッドとする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダーヘッド（１）のブローバイガス入口（２）からブリーザ（３）に通じるブリーザ入路（４）を通り、ブリーザ（３）からブリーザ出路（５）を通ってエンジン（２５）への吸気通路（２１）に排気するエンジンのシリンダーヘッドにおいて、ブローバイガス入口（２）の圧上昇で開く安全弁（７）と笛（８）を設け、ブリーザ入路（４）側に詰りが生じブローバイガス入口（２）の内圧が上昇すると前記安全弁（７）が開き笛（８）を鳴らして警報することを特徴とするエンジンのシリンダーヘッド。

【請求項2】

安全弁（７）の噴気口をエンジン（２５）の吸気通路（２１）に通じる排気路（２０）に向けて設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのシリンダーヘッド。

【請求項3】

ブリーザ出路（５）から吸気通路（２１）のスロットルバルブ（９）に至る間に流路膨らみ部（１０）を設け、この流路膨らみ部（１０）の下方にオイル溜り（１２）を設けた請求項１に記載のエンジンのシリンダーヘッド。

【請求項4】

エンジン（２５）に筒状のＤＰＦ処理装置（２６）を上下締結リング（３７Ａ，３７Ｂ）で挟んで取り付けるディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置において、上下締結リング（３７Ａ．３７Ｂ）に外側へ突出する膨らみ部（３８）を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置。

【請求項5】

上下締結リング（３７Ａ．３７Ｂ）の内径をＤＰＦ処理装置（２６）の外径よりもやや大径とし上下締結リング（３７Ａ．３７Ｂ）の内周一部をＤＰＦ処理装置（２６）に接触させて取り付けたことを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンのシリンダーヘッド及びディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許４５９７１０１号公報に記載の如く、エンジンはエンジンルーム内で発生するブローバイガス処理のために、ブローバイガスをエンジンルームからシリンダーヘッドを通してエンジンの吸気に合流してシリンダー内へ送り込んで燃焼するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許４５９７１０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ブローバイガスのエンジン吸気への合流経路には、ブリーザを設けて内圧が異常に上昇しないようにしているが、ブローバイガス中には未燃焼ガスやオイルミストの他に水蒸気が含まれているために、寒冷地でエンジンを長時間停止させているとブローバイガスのブリーザに至るガス通路で水蒸気が氷凍して詰りを生じ、エンジンルームのブローバイガス内圧上昇でエンジン起動が困難になったりエンジン不調になったりすることがある。

【0005】

本発明は、寒冷時におけるエンジンのブローバイガス循環不良を解消すること及びディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置の取付を安全にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。

【0007】

請求項１の発明は、シリンダーヘッド１のブローバイガス入口２からブリーザ３に通じるブリーザ入路４を通り、ブリーザ３からブリーザ出路５を通ってエンジン２５への吸気通路２１に排気するエンジンのシリンダーヘッドにおいて、ブローバイガス入口２の圧上昇で開く安全弁７と笛８を設け、ブリーザ入路４側に詰りが生じブローバイガス入口２の内圧が上昇すると前記安全弁７が開き笛８を鳴らして警報することを特徴とするエンジンのシリンダーヘッドとする。

【0008】

請求項２の発明は、安全弁７の噴気口をエンジン２５の吸気通路２１に通じる排気路２０に向けて設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのシリンダーヘッドとする。

【0009】

請求項３の発明は、ブリーザ出路５から吸気通路２１のスロットルバルブ９に至る間に流路膨らみ部１０を設け、この流路膨らみ部１０の下方にオイル溜り１２を設けた請求項１に記載のエンジンのシリンダーヘッドとする。

【0010】

請求項４の発明は、エンジン２５に筒状のＤＰＦ処理装置２６を上下締結リング３７Ａ，３７Ｂで挟んで取り付けるディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置において、上下締結リング３７Ａ．３７Ｂに外側へ突出する膨らみ部３８を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置とする。

【0011】

請求項５の発明は、上下締結リング３７Ａ．３７Ｂの内径をＤＰＦ処理装置２６の外径よりもやや大径とし上下締結リング３７Ａ．３７Ｂの内周一部をＤＰＦ処理装置２６に接触させて取り付けたことを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンのＤＰＦ処理装置とする。

【発明の効果】

【0012】

請求項１の発明で、エンジンルームで生じたブローバイガスは、ブローバイガス入口２からブリーザ入路４を通ってブリーザ３に流れて内圧上昇を防いでブリーザ出路５を通ってエンジン２５の吸気通路６に流れるが、ブリーザ入路４やブリーザ３でブローバイガス中の水分が氷結して詰りが生じブローバイガス入口２でブローバイガスの内圧が上昇するとブローバイガス入口２に設ける安全弁７が開き笛８を鳴らして警報を発するので作業者に不具合を直ちに知らせることが出来、しばらくするとエンジン２５の加熱によってシリンダーヘッド１が暖められてブリーザ入路４やブリーザ３やブリーザ出路５の凍った水が溶かされて、ブリーザ３が正常に機能するようになると共にエンジン２５が正常に駆動される。

【0013】

請求項２の発明で、ブローバイガス入口２のガス内圧が異常に上昇すると安全弁７が開き、ブローバイガスがエンジン２５の吸気通路６に噴出してシリンダーに供給されて燃焼され、外気を汚染することが無い。

【0014】

請求項３の発明で、ブリーザ３を通ってスロットルバルブ９に至るブローバイガスが流路膨らみ部１０でブローバイガス中のオイル分が油滴となってオイル溜り１２に滴下してオイル溜り１２に溜められるので、エンジン２５内のシリンダーで燃焼されることが少なく、オイルの消費を低減出来る。

【0015】

請求項４の発明で、ＤＰＦ処理装置２６を上下締結リング３７Ａ．３７Ｂで挟んでエンジン本体３５に取り付けるが、ＤＰＦ処理装置２６が熱膨張で膨らむことがあっても締結リング３７Ａ．３７Ｂの膨らみ部３８が上下締結リング３７Ａ．３７Ｂの弾力変形を可能にしてＤＰＦ処理装置２６を強く締め付け過ぎることなく破損を防止する。

【0016】

請求項５の発明で、上下締結リング３７Ａ．３７Ｂの内径がＤＰＦ処理装置２６の外径より大きいので、ＤＰＦ装置２６が熱膨張しても上下締結リング３７Ａ．３７ＢがＤＰＦ装置２６を包み込むように弾性変形してＤＰＦ装置２６を強く締め付けることが無く、破損しない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態におけるシリンダーヘッドの模式断面図である。

【図2】本発明の実施形態における別実施例のシリンダーヘッドの模式断面図である。

【図3】本発明の実施形態におけるエンジンの吸気路を示す模式断面図である。

【図4】本発明に関連するＤＰＦ装置の再生処理フローチャート図である。

【図5】同上ＤＰＦ装置のスート堆積経過グラフである。

【図6】同上ＤＰＦ装置の再生処理フローチャート図である。

【図7】同上ＤＰＦ装置の再生処理フローチャート図である。

【図8】同上ＤＰＦ装置の再生処理フローチャート図である。

【図9】本発明の実施形態のコンバインにおけるＤＰＦ装置の配置を示す側面図である。

【図10】本発明の実施形態のクランク軸の斜視図である。

【図11】同実施形態のエンジンへのＤＰＦ装置の取付斜視図である。

【図12】同上エンジンへのＤＰＦ装置の取付側面図である。

【図13】同上コンバインのエンジン給気筒の側面図である。

【図14】同上エンジンの吸気通路の略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例を参照しながら説明する。

【0019】

図１は、エンジンルーム上に取り付けるシリンダーヘッド１を示している。

【0020】

シリンダーヘッド１は樹脂成型の塊であり、内部下方に設ける横長の溝状ブローバイガス入口２に対して側方からブリーザ入路４を穿設し、ブリーザ３に繋ぐパイプ１５のプラグ１４を取り付けている。

【0021】

また、ブリーザ入路４に対して直交してブリーザ出路５をシリンダーヘッド１に穿設し、このブリーザ出路５に通じるプラグ孔３２を穿設し、ブリーザ３からのパイプ１６をプラグ１７で連結している。ブリーザ出路５の出口にはエンジンの吸気通路２１に繋ぐパイプ６のプラグ１８を取り付けている。

【0022】

また、ブローバイガス入口２に設ける排気路１９には安全弁７と笛８を設けて、ブローバイガス入口２でブローバイガスの内圧が異常に上昇すると安全弁７が開きブローバイガスを外気に逃がすと共に笛８を鳴らして警報するようにしている。

【0023】

シリンダーヘッド１がやがて暖まり、ブローバイガス入口２に溜まるブローバイガスは、ブリーザ入路４からパイプ１５を通ってブリーザ３に至り、さらに、ブリーザ３からパイプ１６とブリーザ出路５を通ってパイプ６でエンジンの吸気通路２１に流れる。

【0024】

従って、寒冷時にブリーザ３やパイプ１５，１６等内のブローバイガス中の水分が凍結して詰りが生じるとブローバイガス入口２でブローバイガス内圧が上昇して安全弁７が開き、笛８を鳴らして警報する。

【0025】

図２は、ブローバイガス入口２からブリーザ出路５へ排気路２０を設け、ここに安全弁７を設けた構成で、ブローバイガス入口２内で内圧が上昇すると安全弁７が開いてガスを外気に放出することなくブリーザ出路５に逃がすようにしている。ここに笛８を設けると異常圧の上昇を警報出来る。

【0026】

図３は、エンジンの吸気通路２１を示し、エアークリーナ１１からスロットルバルブ９に至る間に流路膨らみ部１０を設け、この流路膨らみ部１０の前にブリーザ３からのブリーザ出路５からのパイプ６を繋ぎ、吸気通路２１を流れるブローバイガスが流路膨らみ部１０でオイル分を滴にして下方のオイル溜り１２に滴下する。オイル溜り１２は上下二室１２Ａ，１２Ｂに分割し、下室１２Ｂに溜まるオイルは栓１３を外して適宜に抜いて回収できる。なお、オイル溜り１２は吸気騒音を低減させるレゾネーターとしても機能する。

【0027】

次に、ディーゼルエンジンの排気ガスを処理するＤＰＦ処理装置の再生処理制御を説明する。

【0028】

図４は、後処理装置付きコモンレールエンジンを搭載した農業機械において、後処理装置に取り付けしている排温センサ値およびエンジン負荷率を常に監視し、ＤＰＦ装置の再生完了後からの平均値を算出し、ＤＰＦ装置内に堆積されている推定スート値が自動再生領域に達した時に、各平均値が条件を満たすとＤＯＣが閉塞し始めていると判断し、自動再生実施を中止し、手動再生に移行させて、オペレータに手動再生を促す表示を行う制御のフローチャート図である。図５は、ＤＰＦ装置に溜まるスートの時間経過に伴う溜り量変化を表すグラフである。ＤＯＣの再生処理とは排ガスの温度を上昇させてスートを焼却する処理である。

【0029】

この制御で、回転変動や負荷変動がある過渡運転が繰り返された場合、平均排温が高くないにもかかわらず、エンジン負荷率が上がっているという現象が見られる。このような時には、ＤＯＣ閉塞が起きやすい状況であるため、自動再生のタイミングがやってきた時に、自動再生を実施させず、手動再生を行わせることで、排ガス流量が安定して少ない状態で再生を行わせることが出来る。そうすることで、ＤＯＣ前面のスートをゆっくりと焼くことが出来るため、結果的に排圧上昇による燃費悪化やＤＰＦ再生不良を未然に防ぐことが出来る。

【0030】

図６は、後処理装置付きコモンレールエンジンを搭載した農業機械において、後処理装置に取り付けしている排温センサ値と運転時間を監視し、ＤＰＦ装置内に堆積されている推定スート値が自動再生領域に達した時に、再生完了後からの排温平均値がＸ℃以下であり、なおかつＤＰＦの再生完了後からの運転時間がＡｈｒ以下だった時、自動再生実施を中止し、手動再生に移行させて、オペレータに手動再生を促す表示を行う制御のフローチャート図である。

【0031】

この制御で、排温が低いにもかかわらず、回転変動や負荷変動のある過渡運転を繰り返された場合、ＤＰＦ装置内に堆積するスート堆積速度が速くなる為、前回再生完了から次の再生開始までの運転時間が短くなる。この運転時間がある閾値よりも短かった場合、ＤＰＦ装置の閉塞が起きやすい状況であるため、自動再生のタイミングがやってきた時に、自動再生を実施させず、手動再生を行わせることで、排ガス流量が安定して少ない状態で再生を行わせることが出来る。そうすると、ＤＯＣ前面のスートをゆっくりと焼くことが出来るため、結果的に排圧上昇による燃費悪化やＤＰＦ再生不良を未然に防ぐことが出来る。

【0032】

図７は、後処理装置付きコモンレールエンジンを搭載した農業機械において、後処理装置に取り付けしている排温センサ値と、Ｏ２センサ値を監視し、排温がＸ℃以下であり、標準Ｏ２濃度に対する現在のＯ２濃度との差分△Ｏ２値が閾値Ａ以下である、上記を同時に満たす時間を積算していき、積算時間ＴがＹｈｒ以上になった時に、自動再生実施を中止し、手動再生に移行させて、オペレータに手動再生を促す表示を行う制御のフローチャート図である。

【0033】

この制御で、Ｏ２濃度が標準濃度よりも低い場合は、エンジンから排出されるスート量は増加するが、標準Ｏ２濃度に対する現在のＯ２濃度との差分△Ｏ２値がＡ以下だった場合、大きく排出スートが増加しているため、ＤＯＣ前にスートが堆積されやすくなる。この△Ｏ２以下の状態となっている時間を積算し、積算時間がある閾値Ａ以上になった時、ＤＯＣ前が閉塞し始めていると判断して、強制的に手動再生を行わせることで、排ガス流量が安定して少ない状態で再生を行わせることが出来、ＤＯＣ前面の堆積物をゆっくりと焼くことが出来る。その結果、排圧上昇による燃費悪化やＤＰＦ再生不良を未然に防ぐことが出来る。

【0034】

図８は、後処理装置付きコモンレールエンジンを搭載した農業機械において、後処理装置に取り付けしている排温センサ値と、エンジン負荷率を監視し、排温がＸ℃以下であり、エンジン負荷率が閾値Ａ以上である場合、上記条件を同時に満たす時間を積算していき、積算時間ＴがＹｈｒ以上になった時に、自動再生実施を中止し、手動再生に移行させて、オペレータに手動再生を促す表示を行う制御のフローチャート図である。

【0035】

この制御で、エンジン負荷率が高い場合は、エンジンから排出されるスート量は増加するが、排温が低くてスート排出量が多い場合は、ＤＯＣ前にスートが堆積されやすくなる。よって排温が低くてエンジン負荷率が高くなっている時間を積算し、積算時間が閾値Ａ以上になった時、ＤＯＣ前が閉塞し始めていると判断して、強制的に手動再生を行わせることで、排ガス流量が安定して少ない状態で再生を行わせることが出来、ＤＯＣ前面の堆積物をゆっくりと焼くことが出来る。その結果、排圧上昇による燃費悪化やＤＰＦ装置の再生不良を未然に防ぐことが出来る。

【0036】

ラムダセンサで吸気スロットルバルブの開度を制御する制御では、ラムダセンサの位置はエンジン排気通路後部となり制御が遅れる恐れがあるので、エアークリーナ後部に圧力センサを設けて、一定以上の負圧に達すると先に吸気スロットルバルブに補正し酸素不足を防止する。この補正制御を設けることにより燃焼状態を良くしたまま排気温度を上げることができる。なお、後処理装置付き過給機無電子制御エンジンで、噴射量の増加とともに排気温度を上げるため吸気スロットルバルブを閉じていく制御を行うと良い。

【0037】

また、エアークリーナの後部に圧力センサを設け、ある一定以下の負圧に達すると吸気スロットルバルブの開度を補正し、燃焼状態を良くして排気温度を上昇させると良い。

【0038】

また、ＤＯＣ前に温度センサを設け、その検出温度でスロットルバルブを制御して排気温度を上昇させるのも良い。

【0039】

図９は、コンバイン３０へのＤＰＦ装置２６の配置を示し、ＤＰＦ装置２６をグレンタンク２７より前寄りでなおかつエンジン２５より後ろ寄りにＤＰＦ装置２６の長手方向を垂直方向になるように配置して排気管２８を上方へ向けて、排気を車体上方より排出する構成で、ＤＰＦ装置２６および排気管２８を藁屑や籾などの少ない場所に配置したことで火災を防止する。

【0040】

図１０は、エンジンのクランク軸２２にバランスウエイト２３Ａ，２３Ｂを追加した構成で、エンジンの駆動振動を低減出来る。

【0041】

また、３気筒のディーゼルエンジンでＤＰＦ装置２６を搭載する場合、エンジンクランク軸とＤＰＦ装置２６の長手方向を直交配置し、ＤＰＦ装置２６の長手中心位置が３気筒の中間シリンダーの真上になるように配置することで、駆動振動が最小となる。

【0042】

図１１は、エンジン本体３５にＤＰＦ装置２６を取り付けた斜視図で、エンジン本体３５に取り付けたブラケット３６の半円弧状の下締結リング３７Ａと同じく半円弧状の上締結リング３７Ｂで円筒状のＤＰＦ装置２６を挟んで取り付ける。上下締結リング３７Ａ．３７Ｂの内径はＤＰＦ装置２６の外径よりやや大きく、ＤＰＦ装置２６が熱膨張で大径になっても弾性変形してＤＰＦ装置２６の外周に沿って締め付けない。ＤＰＦホルダを変形させることでＤＰＦの保持力を持たせる（均一な保持を行う）。また、図１２の如く、下締結リング３７Ａと上締結リング３７Ｂの合わせ面に隙間を持たせて弾性変形するようにしている。下締結リング３７Ａを鉄素材とし、上締結リング３７Ｂを変形し易いステンレス素材とするのも良い。上下のホルダをＤＰＦの径より大きく設計し、上下のホルダ間に隙間が発生するように設計することで、ＤＰＦの径が多少の上下した場合にもＤＰＦの保持力を有する。

【0043】

なお、ブラケット３６のエンジン本体３５への取付は上下に対して斜めの長孔で、ＤＰＦ装置２６の取付位置を左右位置と高さを調整できるようにしている。また、ＤＰＦ装置２６の両側を取り付けるブラケット３６は同一形状とすることで部品の共用化ができる。

【0044】

図１３は、コンバイン３０のエンジン給気筒４０で、内部の上下に第一ガイド板４１と第二ガイド板４２を設け、外気を上方から吸い込むことで、上空から冷たい空気を吸い込み、藁屑等を吸い込まないようにしている。

【0045】

図１４は、エンジンの吸気通路２１を示し、エアークリーナ１１の直後に設けるエアフロセンサ３１の直後にサージタンク（ミキシング用吸気室）３２’を設けた構成で、吸気の脈動を低減出来る。なお、サージタンク３２’に代えて逆流防止弁や絞り通路でも同じ効果が期待できる。

【0046】

また、吸気通路２１にサブ通路を設けてそこにアフロセンサ３１を設ける構成でも吸気の脈動を低減出来る。

【0047】

さらに、アフロセンサ３１の吸気側に桟状或いは格子状の整流板を設ける構成でも吸気の脈動を低減出来る。

【符号の説明】

【0048】

１ シリンダーヘッド
２ ブローバイガス入口
３ ブリーザ
４ ブリーザ入路
５ ブリーザ出路
７ 安全弁
８ 笛
９ スロットルバルブ
１０ 流路膨らみ部
１２ オイル溜り
１３ ＤＰＦ処理装置
１４ ホルダ
２０ 排気路
２１ 吸気通路
２５ エンジン
６ ＤＰＦ処理装置
３７Ａ 下締結リング
３７Ｂ 上締結リング
３８ 膨らみ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】